20.5.2013 1 M-stål, still going strong Elmia 2012 Johan Backman, Imatra
20.5.2013 2 Tillverkningskostnader
M-Stål (M=Machinability) Minskar bearbetningskostnaderna Skonsamt mot verktygen Högre skärhastigheter Färre störningar Standardstål (EN, ISO, SS, DIN, SAE, AISI ) Seg- och sätthärdningsstål, allmänna konstruktionsstål, maskinstål Marknadsfört sedan 1981, Case 1 Scanias drivaxel 20.5.2013 3
Gropförslitning djup 170 µm 1500 µm Gropförslitning djup 15 µm 640 µm Skärtid 56 sek Skärtid 6 min 42CrMo4 Hårdhet 255 HB Skärhastighet= 271 m/min Matning = 0,4 mm/r Skärdjup= 2,5 mm 42CrMo4 M Hårdhet 275 HB Skärhastighet= 271 m/min Matning = 0,4 mm/r Skärdjup= 2,5 mm 4
Vad gör stålet till M-stål Varje del av tillverkningsprocessen optimerad för god skärbarhet Omvandling av inneslutningar (Ca-behandling) Stålets kemiska sammansättning Värmebehandling Riktning Kvalitetskontroll, bl.a. skärbarhetstest Kundservice Ca. 40 % av Ovako Imatras leveranser är M-behandlad ~ 100 000 t / år Hundratals av nöjda kunder 20.5.2013 5
M-stål bearbetningscase 42CrMo4M vs. 42CrMo4 Erikoissorvaamo M.Korhonen Pieksämäki, Finland
20.5.2013 7 Tapp för bärande fjäder i järnvägsvagn
Material 42CrMo4 +QT (seghärdat) % M-stål Konkurrentstål Certifikat Konkurrentstål analys Ovako C 0,42 0,42 0,416 Si 0,30 0,29 0,275 Mn 0,74 0,78 0,782 P 0,015 0,017 0,016 S 0,029 0,023 0,028 Cr 1,07 1,16 1,154 Ni 0,13 0,05 0,051 Mo 0,16 0,184 0,18 M-stål Konkurrentstål Certifikat Konkurrentstål mätning Ovako Rp0,2 [Mpa] 813 842 778 Rm [Mpa] 957 987 949 A5 [%] 15,8 16,4 17 Z [%] 55 61 60 KV+20 C [J] 79 75,7 83 20.5.2013 8
Material vid testkörningen Utgångsmaterial Ø45 mm L = 266 mm vikt 3,25 kg Vikt färdig komponent 1,9 kg M-stål 103 st Konkurrentstål 145 st Övervakning av testkörningen 24.4.2012: M.Koikkalainen, Sandvik Coromant 20.5.2013 9
Svarv och skärdata Svarv HWACHEON Hi-ECO21HS Skärvätska helsyntetisk Cimtech A31F, 5 % VERKTYG (Sandvik) OCH SKÄRDATA Moment Skär Typ a (mm) S (mm/r) v (m/min) tid (s) Grovsvarvning TNMG 160408-PR 4225 4 0,35 190 32/28 Finsvarvning vänster DNMG 110408-MG 4225 1 0,30 220 36 Finsvarvning höger DNMG 110408-MG 4225 1 0,30 220 5 Båda materialen kördes med samma skärdata, takttid1 min 13 sek 20.5.2013 10
Antal detaljer RESULTAT GROVSVARVNING 120 Antal tappar per skär grovsvarvning 100 80 60 40 Konkurrentstål M-stål 20 0 1 2 3 4 5 Skärbyte Konkurrentmaterialet orsakade urflisning, M-stålet jämn förslitning 20.5.2013 11
Antal detaljer RESULTAT FINSVARVNING 120 Antal tappar per skär finsvarvning 100 80 60 40 Konkurrentstål M-stål 20 0 1 2 Skärbyte Med M-stålet ingen förslitning av finskären ännu efter 103 detaljer, enligt erfarenhet håller finskären ca. 1000 detaljer med M-stål 20.5.2013 12
Sammanfattning Enligt gammal tumregel håller skären minst 3 x längre, eller alternativt kan skärhastigheten ökas med ca. 20 % med M- stål. I detta fall kunde skärhastigheten inte ökas på grund av effektbegränsning i svarven, i grovsvarvningen höll skären ca. 4 gånger längre tid. Den gamla regeln gäller även med dagens moderna skär. 20.5.2013 13
M-stål calculator på www.ovako.com Kalkylprogrammet som kan laddas ned från Ovakos hemsida ger följande rekommendationer för skärhastigheten för 42CrMo4 hårdhet max. 310 HB (SS2244-05) med de använda skärdjups- och matningsvärdena för 15 min utslitningstid och skär av typ P15 ( icke M-stål/M-stål) Grovsvarvning 164 / 209 m/min (testkörningen 190 m/min) Finsvarvning 233 / 294 m/min (testkörningen 220 m/min) 20.5.2013 14
Johnny och Rickard Hellsten M-STÅLS BEARBETNINGSCASE
Hylsa för lantbruksmaskin tillverkad av M-stålet Hydax 15 (Ovako 520MW) varmvalsat ø50 mm 20.5.2013 16
v15 m/min Hydax 15 = 520MW med ca. 0,10% S 520M svavelhalt ca. 0,03 % god skärbarhet 520MW svavelhalt ca. 0,10 % ytterligare höjd skärbarhet 520MW+ svavelhalt ca. 0,15% superskärbart 900 800 700 600 500 400 300 200 100 IMATRA GreenCut SNUN 120408 GC415 0,4 mm/r 2,5 mm Utan kylning IMATRA 520 MW, 550 MW IMATRA 520, 550 0 130 160 190 220 250 280 310 340 HB M-stål Normal Stål 20.5.2013 17
Rickard: Maskinen som detaljen bearbetas i har 2 revolvrar & motspindel, så medan undre revolvern borrar i huvudspindeln så kommer subspindeln med dubbla matningen, sedan svarvar övre revolvern yttre lägena samtidigt som detaljen borras. Vi har skärbyte var tredje pall, en pall (270 detaljer) tar ca 6½timme, så ca var 20e timme har vi skärbyte. Med Ovakos konkurrentmaterial kunde vi köra i snitt ungefär en pall per skäruppsättning. Med god tur kunde vi nästan komma upp till tre pallar, men sen höll nästa skär bara en halv pall. Konkurrentmaterialet gick därför inte att köra obemannat. Med M-stålet kör vi alltid tre pallar. Dessutom slet stålet hårt på borrkropparna, som tog slut i förtid, med M-stålet har vi kört ända upp till 60 000 st. med en borrkropp Materialet var ganska mycket billigare, men inte i närheten av kvaliteten på Hydax 15 20.5.2013 18
Jämförelse av materialen i övrigt Analys: Både Hydax 15 chargers och konkurrentstålets analys faller inom normens EN 10025-2 krav för stålsorten S355J0 förutom att båda har en högre skärbarhetsförbättrande svavelhalt på ca. 0,01 %. Konkurrentstålet hade en låg halt av Ca (kalcium), endast 2 ppm, M-stål har Ca-halter på över 20 ppm (0,002 %) Mekaniska egenskaper: Konkurrentstålets hållfasthet och slagseghet - 20ºC låg på samma nivå som Hydax 15:s typiska värden Skillnaden i skärbarhet beror på M-behandlingen! 20.5.2013 19
20.5.2013 20 M-Steel Calculator på www.ovako.com
Tumregeln för M-stål gäller ännu: Vid bearbetning med dagens hårdmetallverktyg gäller fortfarande den gamla tumregeln som etablerades för 30 år sedan: 1. Oförändrad skärhastighet över 3 x längre utslitningstid på skären med M-stål 2. Samma utslitningstid ca. 20 % högre skärhastighet med M- stål 20.5.2013 21
Vidareutveckling av M-stål Utveckling av M-stål för mycket krävande komponenter fördelning av inneslutningar Testning av nya verktyg Utveckling av M-stålskalkylatorn, skärdatarekommendationer Nya M-stålscase tillsammans med våra kunder 20.5.2013 22